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8Kは無線で伝送可能か?

前回、4K、8Kといった解像度のコラムを書きましたが、2016年8月にはBS放送による4K・8K試験放送が始まり、2018年12月には本放送いわゆる「新4K8K衛星放送」がスタートしました。

ところで、皆さんのご家庭ではどのような回線でインターネットを利用されているでしょうか?今では、光ファイバー(FTTH:Fiber To The Home)を利用して、下り最大2Gbpsのサービスも提供されています。あるいは、スマートフォンも十分高速になったので、固定回線はもう必要ないという方もいらっしゃるかもしれません。しかしながら、スマートフォンでは、データ通信量の上限が3GB/月や8GB/月などと決まっています。動画が高画質になるのは良いのですが、当然データ通信量も増えてしまいます。将来的に8Kのコンテンツが広まったとして、一体どれくらいの通信速度が必要なのか考えてみようというのが今回のテーマです。

その前に、ビット(小文字のb)とバイト(大文字のB)の違いを確認しておきましょう。ビットは、いわゆるデジタルの0か1かの違いを表す最小単位です。つまり、1ビットで0と1の2通りの数を表現できます。1バイト=8ビットは、コンピューターが扱いやすい8ビットの集まりを一塊(一噛み)として表現したものです。ダウンロード容量やHDDやフラッシュメモリーなどのメディア容量には、バイトが使われていますが、先程の通信サービスの回線速度にはbps(ビットパーセカンド:1秒間に何ビット伝送できるか)のようにビットが使われていますので注意が必要です。

続いて、通信速度とデータ容量とダウンロード時間の関係についても、おさらいしておきます。
一般的な例でいうと、10Mbps(10000000bps)の通信速度なら、データ容量1GB(1000000000B=8000000000bit)の映画をダウンロードするのに、8000000000/10000000=800sかかります。ざっと、13、4分といったところでしょうか?

さて、本題の8Kのストリーミング配信に必要な通信速度についてです。
動画は音声と映像のデータですが、映像データにくらべて音声データは無視できるほど小さいので、映像データのみを考慮します。すると、映像データの通信速度は、

1画素のデータ容量 × 画素数 × 1秒間に送る画像の数

となります。

まず、1画素のデータ容量ですが、赤緑青(RGB)の3色で、各色をフルカラー256段階(8bit)で表現すると、256×256×256=1677万7216通り(24bit)になります。

次に、画素数ですが、前回のコラムで書いたように、8Kの画素数は、7680×4320=33177600になります。

最後に、1秒間に送る画像の数、つまりはフレームレートですが、30fpsや60fpsが一般的です。どうやら8Kでは120fpsも目指して開発されているようですが、ここでは最低限の30fpsとしましょう。

以上より、8Kを圧縮技術なしでストリーミング配信するためには

24bit × 33177600 × 30fps = 24Gbps(約24000000000bps)

が必要となります。しかしながら、実際には、H.264などの優れた圧縮技術を用いて、データ容量を1/150程度まで圧縮することができます。さらに、最新のH.265(HEVC)を用いた場合、もう半分まで圧縮が可能となります。

結局、H.264を用いた場合160Mbps(約160000000bps)、H.265を用いた場合80Mbps(約80000000bps)まで速度が下げられます。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B9%E3%83%BC%E3%83%91%E3%83%BC%E3%83%8F%E3%82%A4%E3%83%93%E3%82%B8%E3%83%A7%E3%83%B3

ここで、160Mbps、80Mbpsという通信速度は、国内のスマートフォンのLTEの速度くらいです。
https://www.nttdocomo.co.jp/support/area/effective_speed/
http://www.au.kddi.com/mobile/area/effective-speed/

つまり、結論はデータ通信量の上限さえ無ければ、現行のスマートフォンのLTEの通信速度でも8Kが視聴できるということです。8Kは、そもそも衛星放送のBSで放送されるものですから、無線で実現可能な速度で無ければおかしいですね。

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